Course of programmable logic control (PLC) in - CEUR
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1. n IP del PC se instala autom ticamente En la Figura 1 se muestra la car tula principal del XIP DRIVER cuando se observa en el apartado Connected la aparici n de un 1 podemos asegurar que existe comunicaci n entre el PC y el PLC En la figura 7 se muestra la car tula principal del software XIP DIVER que el estudiante recibe junto con el sofware de programaci n el XIP DRIVER servir de veh culo de comunicaci n entre el PC y el aut mata programable ear onver xmo A TCPAP xwAY Tune About y Local Host Name amp Address Tos 147 8385105 Adaptertt T Communication 7 Connections 1 Connected i Send Total o Recv Total o Send Errors 0 Recv Errors 0 Aceptar Fig 7 Pantalla principal del XIP DRIVER A continuaci n y a trav s del software editor del PLC ser cuando podremos enviar el programa al PLC ver su evoluci n ponerlo en RUN y o STOP etc J Ros 175 A partir de esta incorporaci n que signific para las industrias un ahorro sustancial sobre todo en desplazamientos para simplemente cambiar el programa del PLC fue cuando surgi la idea de poner en marcha un curso de aut matas programables a distancia aprovechando esta novedad el estudiante desde su casa lugar de trabajo simplemente teniendo un PC conectado a red con la instalaci n del software XIP DRIVER y del software editor del PLC podr a perfectamente enviar sus pr cticas propuestas al PLC2. cuadros de distribuci n el ctrica en este caso concreto se muestra la configuraci n modular Cap tulo 3 El aut mata programable 3 19 3 1 Constituci n y arquitectura del aut mata programable M dulo base donde se conectar n el resto de m dulos del aut mata l h e Ri 1 d N AS 1 N M dulo m dulo m dulo entrada salida alimentaci n entradas salidas procesador anal gicas xi iLi lt gt Cap tulo 4 Lenguajes utilizados en automatismos industriales 5 44 4 2 Introducci n al GRAFCET J Ros 173 de funcionamiento en funci n del trabajo que deber realizar el sistema industrial y a continuaci n deber cargar este en un lenguaje propio del aut mata en el mismo En la figura 5 se muestra un ejemplo del lenguaje de programaci n GRAFCET que es uno de los lenguajes m s utilizados para programar los aut matas programables adem s es el lenguaje que programar n los estudiantes en el presnete curso La etapa activa al inicio del ciclo es la ETAPA INICIAL y se representa con un doble recuadro ETAPA es una acci n a realizar salida TRANSICI N representa una recepcion entrada Retroceso Cilindro x i Fig 5 Lenguaje GRAFCET de programaci n AUTO EVALUACI N Al final de cada cap tulo se han estructurado unas auto evaluaciones en las que el alumno comprueba su asimilaci n de los contenidos te ri
3. es un espacio de encuentro con el profesor tutor asignado podr entrar en un foro entre profesores y estudiantes matriculados podr resolver dudas se puede entrar a bibliotecas para buscar bibliograf a t cnica especializada conectar con empresas del sector etc Tambi n ser un lugar de comunicaci n para posibles cambios en la estructura del curso posibles cambios de direcciones electr nicas de tener en cuenta los cambios en la estructura administrativa que se produzcan etc En la figura 10 se observa una p gina correspodiente al Campus Virtual que contienen las caracter sticas del curso as como las instrucciones del mismo y la posibilidad de conexi n con el profesor tutor J Ros 177 CAMPUS FPC Aut matas Programables Nuevo P Bonar Avisos enviados Fig 10 P gina principal del campus virtual La parte p blica de la WEB de la FPC es una gran ventana de difusi n del curso entre los estudiantes de la UPC con otras Universidades adem s de ofrecer diferentes opciones de ense anza a toda la Comunidad que se sienta interesada por aprender otro tipo de docencia 9 Pr cticas Este es el cap tulo o apartado que se considera el m s importante del presente curso Cuando el estudiante ha asimilado los contenidos te ricos del curso del funcionamiento de un sistema automatizado industrial de los componentes que lo integran del aut mata programable su funcionamiento instalaci n arquitectura de las s
4. final del curso y que a medida que envian y comprueban las pr cticas que realizan tambi n envian una copia de las mismas al profesor tutor para su correcci n o comentarios Hay Universidades de Espa a que han reconocido cr ditos de libre elecci n para los estudiantes que sigan este curso La UPC expide un t tulo oficial de curso de especializaci n Se mantiene la ilusi n y para ello se est trabajando en esta direcci n para que muchas personas puedan seguir este curso con un buen aprovechamiento especialmente las personas con el mismo idioma pa ses de Latinoam rica Se est traduciendo todo el contenido al idioma ingl s para que los pa ses de Europa y de habla inglesa puedan incluirlo en sus respectivas ofertas de educaci n a distancia Se puede pensar en un curso avanzado que ampl e los conocimientos de los estudiantes que han seguido el curso b sico Tambi n se est pensando en la sustituci n del CD te rico por trasladar el contenido del mismo a una plataforma estandar por ejemplo MOODLE Es uno de los trabajos que se incluyen en el proyecto ALFA otorgado por la Uni n Europea y que participan 4 pa ses Latinoamericanos Argentina Venezuela Brasil y Cuba y 3 pa ses europeos Austria Portugal y Espa a adem s de incluir un trabajo de conexi n de laboratorios virtuales y reales entre los pa ses integrantes del proyecto
5. programaci n todo ello desde su propio domicilio o lugar de trabajo es decir a distancia Fundamentalmente el objetivo final de este curso es la de aprender a programar aut matas para ello el estudiante debe partir de unos conocimientos te ricos b sicos utilizar las nuevas tecnolog as para ello se prepararon unos conocimientos te ricos necesarios que deber a conocer previos a la realizaci n de programas pr cticos que deber realizar el estudiante al acabar el curso para poder lograr el objetivo indicado anteriormente Tal y como se ha apuntado en los anteriores cap tulos se ha escogido el aut mata programable debido a que es el elemento fundamental de control para un sistema industrial automatizado Antes de pasar a los contenidos te ricos del CD tenemos que indicar que ste lo ha confeccionado un alumno de ltimo curso de la Escuela Multimedia ubicada en el Campus de Terrassa y que le vali tambi n para la presentaci n de su Trabajo Final de Carrera TFC Course of programmable logic control PLC in distance learning 170 El software b sico utilizado ha sido el Director y para la realizaci n de los dibujos que contiene se ha utilizado Flash Para la teor a se han utilizado los que han editado Schneider para la parte el ctrica y electr nica y Festo para la parte de neum tica Por tanto los contenidos te ricos del CD y que a su vez se ajustan a los objetivos del curso que deber conocer el estudiante se estructu
6. Course of programmable logic control PLC in distance learning Joaquin Ros Escuela Universitaria de Ingenier a T cnica Industrial de Terrassa ascrita a la Universidad Polit cnica de Catalu a rosfOee upc edu Abstract The experience and content of a PLC course developed for distance learning ODL is presented The course aims to introduce the student into the automation world of industrial processes allowing him her the acquisition of a certain level of PLC programming as well as its internal operation The background required is basic knowledge on electricity and computers at user level A CD ROM with the theoretical contents a dossier with written documentation will be delivered to each student Access to the virtual campus is also facilitated Each chapter includes a section with practical exercises on its own content Those exercises that can be self corrected by the student require the connection to the net Keywords Automats PLCs 1 Introducci n y objetivos Se trata de relatar los objetivos el desarrollo los trabajos los contenidos el funcionamiento y la puesta en marcha de un curso de aut matas programables a distancia El curso de aut matas programables no presencial tiene como objetivo principal la implantaci n dentro de la ense anza de m dulos de automatizaci n industrial de un curso de especializaci n del elemento de control por excelencia que es el aut mata programable en la modalidad a distancia
7. El estudiante que desea seguir este curso lo podr realizar desde cualquier lugar con el nico requisito de tener que disponer de un PC conectado a la Red Se ha preparado un curso b sico de aut matas programables dado que ste es el elemento de control m s utilizado en los sistemas industriales automatizados Va dirigido a personas de empresa que tengan la necesidad de introducirse en el mundo de la automatizaci n industrial y que posean unos conocimientos muy elementales de ste formaci n continua en paro formaci n ocupacional discapacitados formaci n especial de ambos sexos igualdad de oportunidades S lo deber n aportar conocimientos b sicos de electricidad electr nica digital y mec nica de esta manera poder seguir el curso con la seguridad de tener unas bases tecnol gicas suficientes para un buen aprovechamiento del mismo F J Garc a et al Eds Virtual Campus 2006 Post proceedings Selected and Extended Papers 167 180 Course of programmable logic control PLC in distance learning 168 Desde enero de 2004 se imparte a trav s de la Fundaci n Polit cnica de Catalu a Espa a con una duraci n aproximada de 4 meses en r gimen no presencial 2 Viabilidad del proyecto Diversos profesores del colectivo Automatizaci n Industrial de Terrassa CAIT perteneciente a la EUETIT Escola Universitaria d Enginyeria T cnica Industrial de Terrassa ascrita a la UPC Universitat Polit cnica de Catalunya e
8. bloques de funci n J Ros 179 10 Elementos conectados al aut mata El aut mata que est ubicado en la Escuela Universitaria de Ingenier a T cnica Industrial de Terrassa dispone de unas maquetas conectadas y que est n compuestas del material necesario para poder realizar las pr cticas propuestas As por ejemplo para poder dise ar y programar la pr ctica n 1 el estudiante dispone de un panel compuesto de cilindros neum ticos y que est n conectadas las bobinas de las electrov lvulas correspondientes a las salidas del aut mata que est n relacionadas en un archivo del campus virtual tambi n los cilindros disponen de unos detectores inductivos situados en la parte superior e inferior respectivamente y que env an la se al de presencia a las entradas del aut mata La Figura 12 nos muestra una fotograf a de los accionadores neum ticos conectados o garra o Oo i E Fig 12 Accionadores neum ticos conectados Para la pr ctica de aplicaci n de temporizadores se ha creado y a la vez se ha conectado al aut mata un cruce de dos calles con sem foros en las que el estudiante deber programar este cruce utilizando temporizadores En la Figura 13 se muestra la fotograf a de este simulador 2 Fig 13 Simulador Course of programmable logic control PLC in distance learning 180 11 Conclusiones finales y trabajos futuros En la actualidad hay estudiantes matriculados que est n en su per odo
9. bricantes de aut matas incorporaron en los mismos un m dulo de conexi n a red De esta manera configurando una direcci n IP al mismo e incorporando un software dise ado y distribuido por stos se pod a establecer la conexi n al PLC Programable Logic Controller desde cualquier ordenador conectado a red A partir de esta incorporaci n se puede programar cambiar el programa testear etc del aut mata a trav s de la conexi n Internet el m dulo que se suministra aparte del PLC va conectado en el bus principal del mismo permitiendo la accesibilidad a la CPU Central Processing Unit del PLC y por tanto al programa que reside en su memoria J Ros 169 4 Colaboradores Se contact con la escuela Multimedia y se le encarg la misi n del soporte t cnico en la elaboraci n del material la escuela propuso a un estudiante de ltimo curso con suficiente experiencia en trabajos multimedia se contrat a este como becario en el grupo de trabajo y los trabajos resultantes le sirvieron para su Trabajo Final de Carrera TFC por tanto la misma Escuela le asign a un profesor tutor para que le guiara en el desarrollo del trabajo Comienza ste con la elaboraci n de un CD activo cuyo contenido b sico te rico es marcado por los profesores responsables del proyecto final miembros del CAIT que elaboran a su vez los cuestionarios de auto evaluaci n al final de cada cap tulo Se contacta con los fabricantes del aut mata que
10. como las piezas b sicas de las pr cticas que se propondr n al final del curso ya que a una orden emitida por el aut mata deber tener en cuenta que el sistema emitir otra de comprobaci n de que esta orden se ha cumplido evitando de esta manera rdenes repetidas redundantes o falsas En la figura 3 se puede observar un ejemplo en el que se contempla la justificaci n de la utilizaci n del motor el ctrico como accionador en un sistema industrial automatizado Course of programmable logic control PLC in distance learning 172 Cap tulo 2 Accionadores y captadores 2 40 2 1 Motores el ctricos Cometido Permite la transformaci n de la energ a el ctrica en energ a mec nica El tipo de motor m s utilizado es el motor as ncrono trif sico por varios motivos robustez bajo mantenimiento precio bajo Pero consume una gran punta de corriente al arranque Ea Ea i Fig 3 Ejemplo de la teor a de los accionadotes Cap tulo 3 AUT MATA PROGRAMABLE En este cap tulo se definen las caracter sticas tanto t cnicas como de uso del aut mata se define su arquitectura interna la forma de instalaci n as como tambi n la gu a que deber tener el alumno para adquirir dentro del mercado el automata En la figura 4 se muestra la teor a del aut mata programable concretamente se muestran las posibilidades que ofrecen los fabricantes de aut matas programables de ofertar tipos de montaje en los
11. cos vistos en cada uno de los cap tulos descritos anteriormente En la figura 6 se observa un ejemplo de una de las evaluaciones que contine el curso en ella se observa la que corresponde al cap tulo 3 concretamente a la teor a del aut mata programable Course of programmable logic control PLC in distance learning 174 Cap tulo 3 Evaluaci n 18 19 Pregunta 1 Contesta verdadero o falso a las siguientes afirmaciones El cable de conexi n PC PLC es unidireccional en ning n caso bidireccional Q VERDADERO FaLso La memoria m s habitual del programa de un aut mata es del tipo RAM O VERDADERO FALSO La alimentaci n interna del aut mata es de 24 V cc ni m s ni menos O VERDADERO FALSO Si hay una interrupci n de tensi n en la alimentaci n del aut mata el programa almacenado en la memoria se borra O VERDADERO FALSO El procesador es el encargado de generar el ciclo de scan del aut mata O VERDADERO FALSO El ciclo de scan marca o genera una secuencia en un proceso industrial OO VERDADERO Falso CORREGIR Ejemplo de auto evaluaci n 6 Funcionamiento inicial del curso Tal y como se ha indicado anteriormente para poder comunicar a trav s de la red del PC al PLC se deber instalar en el primero el software denominado XIP DRIVER facilitado por el fabricante configurando en el mismo la direcci n IP del aut mata el n mero de estaci n del PLC y del PC mientras que la direcci
12. e ales utilizadas etc de su lenguaje de programaci n deber estar preparado para la realizaci n de las pr cticas que los profesores tutores le proponen y que est n colocadas en un apartado del campus virtual Para llevar a cabo el desarrollo de las pr cticas el estudiante que en el momento de la formalizaci n de la matr cula y dentro de la carpeta que se le ha entregado las realizar siguiendo el orden siguiente e Lectura de cada pr ctica con los objetivos finales que deber llegar e Relaci n de las entradas y salidas que utilizar stas est n relacionadas en una lista en el campus virtual e Cargar el editor del aut mata en su PC e Para saber el funcionamiento de este editor deber seguir las instrucciones de manejo que en la carpeta y en soporte papel est a su disposici n e Para facilitar una mayor comprensi n de la dise o y posterior entrada de la pr ctica al editor el estudiante ya tiene desarrollada la 1 pr ctica resuelta para ello solo la deber copiar y entrarla en el editor Course of programmable logic control PLC in distance learning 178 e Finalmente cuando tenga la seguridad de que la pr ctica est bien resuelta en el editor de su PC trabajo fuera del aut mata observar si a trav s del XIP DRIVER tiene conexi n con el aut mata tal como se indic en su momento si aparece el n mero 1 en el apartado CONNECT querr decir que tiene conexi n libre con el aut mata y a cont
13. en este caso fue el GRUPO SCHNEIDER y tambi n con la empresa FESTO Con estos se discuten los contenidos y el orden en que deber n aparecer en el CD las pr cticas la distribuci n del software de la documentaci n sujeta a copyricht de uso por los estudiantes siendo necesario la solicitud de los permisos de utilizaci n de su documentaci n t cnica para su utilizaci n en el proyecto Tambi n se contacta con la Fundaci n Polit cnica de Catalunya FPC para que se encargue de la difusi n propaganda matriculaci n y expedici n del t tulo final que tiene el reconocimiento de curso de especializaci n expedido por la Universitat Polit cnica de Catalunya La FPC es un elemento imprescindible para poder instaurar el curso que adem s se encarga de la edici n del material env o por correo facilita los passwords de acceso al Campus Virtual donde se deber n dejar los nuevos materiales entre las tareas que se le ha asignado 5 Planteamientos iniciales En este apartado se presentan los planteamientos iniciales del curso Para estructurar este curso desde un punto de vista pedag gico se ha comenzado por un planteamiento de objetivos finales que deber a asumir el estudiante que se matriculara en el mismo a partir de aqu se plantearon los conocimientos te ricos que deber a adquirir y finalmente se estructuraron las pr cticas on line que deber a realizar para finalizar el curso y que le llevar n a conseguir un nivel b sico de
14. ensayarlas testearlas y finalmente ver si en realidad se corresponden con las propuestas por el profesor tutor En la fotograf a que se muestra en la Figura 8 se observa el PLC que est ubicado en la Escuela y que en su parte derecha se puede ver el m dulo de comunicaci n Fig 8 PLC instalado en la Escuela 7 Material del curso Cuando un estudiante se matricula en este curso recibe una carpeta como la que se muestra en la Figura 3 con los siguientes contenidos del curso Presentaci n y saludo de bienvenida al curso Metodolog a de funcionamiento del mismo manual de usuario Manual de funcionamiento del Campus Virtual Como funciona el editor software del aut mata que se utilizar Caracter sticas t cnicas del automata CD con los contenidos te ricos del curso CD del editor del automata e Software de comunicaci n XIP DRIVER Adem s recibir el siguiente material Course of programmable logic control PLC in distance learning 176 e El n mero de la estaci n que deber configurar en su PC en el XIP DRIVER y que le servir para poder conectarse con el aut mata programable e Un password para poder entrar en el Campus Virtual e Las direcciones de los profesores tutores y muy especialmente del que se le asigne En la figura 9 se observa la carpeta que contiene el material que recibir el estudiante Fig 9 Materiales del curso 8 Campus virtual El campus virtual es una parte muy importante
15. es detectores de nivel permiten saber la cantidad de f A de agua contenida en el dep sito S A La informaci n suministrada por estos captadores constituye A LA ADQUISICI N DE DATOS d La informaci n procedente de los detectores de nivel ser analizada por un aut mata Es EL TRATAMIENTO DE DATOS El aut mata elabora ordenes que env a a los PREACCIONADORES que transmiten la energ a necesaria para el funcionamiento de los motores Es EL MANDO DE POTENCIA Fig 2 Ejemplo dela teoria correspondiente al cap tulo 1 Cap tulo 2 ACCIONADORES Y DETECTORES Una vez el alumno ha asumido lo que es un sistema automatizado industrial en este cap tulo se analizan por una parte los accionadores que se utilizan para mover las m quinas del sistema con ejemplos reales de funcionamiento de los mismos por ejemplo existe la descripci n del motor el ctrico y de los elementos neum ticos que componen a los diferentes accionadotes Lo mismo ocurre con los detectores y captadores estos elementos son muy importantes a la hora de escoger ya que deber n informar al rgano de control aut mata de los movimientos que se producen en el sistema automatizado Tanto los accionadores como los detectores son los elementos m s importantes para el dise o de los distintos programas que se deber n dise ar en funci n del funcionamiento del sistema industrial por tanto el alumno deber ver estos elementos
16. inuaci n podr descargar el programa hacia el aut mata el ltimo paso cuando ste lo ponga en RUN podr observar en tiempo real la evoluci n del mismo e Una c mara de v deo instalada en el lugar de residencia del aut mata capta las im genes del sistema automatizado que ha sido programado y que ahora evoluciona en el momento de poner el aut mata en RUN el estudiante con la direcci n de esta c mara podr ver la evoluci n de su programa cuando ste ha comprobado el buen funcionamiento de la pr ctica propuesta la env a al profesor tutor y pasa a realizar la siguiente cuando ha finalizado todas las propuestas el curso habr terminado En la Figura 11 se muestra un ejemplo de la 1 pr ctica propuesta y que ya est resuelta en la carpeta AS CILIDRO A CILINDRO B j 2 4 2 Fig 11 Ejemplo de la 1 pr ctica En esta pr ctica se propone que el estudiante programe la secuencia compuesta de dos cilindros neum ticos de la siguiente manera e Primero sale el cilindro denominado A despu s el B a continuaci n el A se retraes y finalmente el B llegando nuevamente a la posici n de reposo todo ello con el control de puesta en marcha de un pulsador de marcha para el inicio de la secuencia El resto de las pr cticas evolucionan en dificultad hasta llegar al objetivo final que se ha propuesto el curso que es la utilizaci n de temporizadores y de contadores con pr cticas adecuadas a estos
17. n el que ven an desarrollando una actividad acad mica de m s de quince a os en el campo de la automatizaci n industrial teniendo com a elemento de control al aut mata programable Un proyecto Leonardo financiado por la Uni n Europea nos hizo tomar conciencia de la importancia e inter s que mostraba la industria e Instituciones como el INEM Se observ que en otros lugares de Europa otros colegas europeos intentaban realizar una red de laboratorios reales y virtuales en la Red entonces se pens que sta ser a una l nea de trabajo para el futuro y una buena fuente de inspiraci n para proyectos de mbito internacional En la actualidad existe un inter s creciente para la obtenci n de formaci n espec fica aplicando las nuevas tecnolog as y por otra parte existe la duda que la ense anza a distancia fuese viable para las ense anzas t cnicas Se pens en un curso no presencial e inicialmente los primeros pasos eran en facilitar un aut mata a cada estudiante posibilidad que result econ micamente inviable por su alto coste Por el contrario realizar las pr cticas a trav s de Internet era mucho m s barato debido a la econom a de escalas aplicada y posibilitaba a la realizaci n de ejercicios m s complejos ya que el aut mata dispone de funciones implementadas y una conexi n real de entradas y salidas f sicas 3 Inicio del curso Las ideas b sicas para la puesta en marcha del mismo comenzaron cuando los principales fa
18. raron de la siguiente forma Cap tulo 1 INTRODUCCI N A LA AUTOMATIZACI N INDUSTRIAL Para poder comprender donde estar situado el aut mata programable se deber conocer el funcionamiento de un sistema industrial automatizado en l el aut mata programable es el rgano de control del sistema Los componentes que forman parte de este sistema se indican en el siguiente gr fico de la figura 1 LAZO CERRADO Fig 1 Gr fico que representa el lazo de un sistema automatizado industrial En el CD te rico se ha realizado una introducci n con un ejemplo general de un sistema automatizado industrial en el que se reflejan los elementos integrantes del gr fico El alumno deber observar atentamente la funci n de control que realiza el aut mata sobre el sistema por mediaci n de las salidas env a se ales de acci n a los accionadores que a su vez ser n los encargados de mover las m quinas del sistema productivo como contrapartida el sistema emitir otras se ales que a trav s de los captadores detectores har n llegar a las entradas del aut mata la situaci n de las rdenes emitidas al sistema es decir servir n de fiscalizadores de que la producci n se desarrolla adecuadamente En la figura 2 se observa un ejemplo de la teor a correspondiente a este cap tulo J Ros 171 Cap tulo 1 Introducci n a los automatismos industriales 1 1 Constituci n de un automatismo industrial Tr
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